JP5902978B2 - 鍛造用金型装置 - Google Patents

Description

本発明は、チタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の高温鍛造（熱間型鍛造）に用いられる鍛造用金型装置に関するものである。

近年、金型を用いてチタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の高温鍛造が行われるようになってきている。高温鍛造を行う鍛造プレス装置には、金型を加熱するために、従来は、例えば、上金型及び下金型のそれぞれに、複数個のヒータ挿入穴が形成され、これらの各ヒータ挿入穴に挿入された棒状のシーズヒータ（「カートリッジヒータ」とも呼ばれる）によって上金型及び下金型を加熱するようにした鍛造用金型装置が備えられている。例えば特許文献１，２には、この種の鍛造用金型装置が示されている。

特開２００４−３３７９３５号公報（段落［００３２］、図３） 特開平１１−７７２１４号公報（段落［００１０］、図２）

しかし、前述した従来の鍛造用金型装置では、複数のヒータ挿入穴を設けた構造において金型自体の強度を確保する必要上、材料費が高価である耐熱合金等からなる金型自体の小形化が難しかった。また、大きさ等の異なる種々の鍛造品に対して、それぞれ、シーズヒータが組み込まれた金型を用意することが必要であった。その結果、これらのことから、鍛造用金型装置の低価格化を図ることがむずかしかった。

そこで、本発明の課題は、鍛造用素材の高温鍛造に使用される鍛造用金型装置において、金型の小形化を図ることができ、また、大きさ等の異なる複数種の鍛造製品に対してダイホルダーの共用を図ることができる、鍛造用金型装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、上金型と下金型とを備え、前記上下の少なくとも一方の金型について、金型の外周部を囲繞し、該金型を保持するダイホルダーと、
前記金型を支持するダイプレートと、
前記金型の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータが組み込まれたヒータプレートと、
前記ヒータプレートと前記ダイプレートとの間に配置された断熱プレートと、
前記ダイホルダーの径方向外側に設けられ、前記ダイホルダーを直接的に輻射加熱するダイホルダー加熱手段としての赤外線ヒータと、
前記ダイプレート、前記断熱プレート、前記ヒータプレート及び前記ダイホルダーが一体に取り付けられるとともに、前記赤外線ヒータが支持されるベースプレートと、を備えたことを特徴とする鍛造用金型装置である。

本発明の鍛造用金型装置は、上下の少なくとも一方の金型について、金型の外周部を囲繞し、該金型を保持するダイホルダーを備え、鍛造時に金型が受ける径方向の引張り応力（引張り力）を前記ダイホルダーによって受け持つようにしているので、金型の小形化を図ることができる。これにより、高価な例えばＮｉ基耐熱合金からなる金型の低価格化を図ることができる。また、前記ダイホルダーが金型の外周部を囲繞する構造であるので、前記ダイホルダーを共用することで、大きさ、厚み等の異なる複数種の鍛造製品に対して金型を交換するだけですみ、生産性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態による鍛造用金型装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による鍛造用金型装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、１０は上金型、２０は下金型であり、この上金型１０と下金型２０とにより金型１が構成されている。

まず、上金型１０側について説明する。この鍛造用金型装置の上金型側は、図１に示すように、上金型１０と、上金型１０を支持するダイプレート１４と、上金型１０の外周部を囲繞し、該上金型１０を保持するダイホルダー１２と、ダイホルダー１２に保持された上金型１０を加熱する金型加熱手段としての、上金型１０の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータ１１ａが組み込まれたヒータプレート１１と、ヒータプレート１１とダイプレート１４との間に配置された断熱プレート１３と、ダイホルダー１２を加熱（輻射加熱）するダイホルダー加熱手段としての赤外線ヒータ１５と、を備えている。鍛造に際して、加熱炉で予熱された上金型１０が前記ダイホルダー１２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー１２に固定されるという「入れ子構造」になっている。

５０は、図示しないプレス機の昇降側部材（スライダ）に固定されたベースプレートである。予熱が施された上金型１０の装着に先立ち、ベースプレート５０には、タイロッド１６ａ、ナット１６ｂ、座金１６ｃ及び皿ばね１６ｄを用いて、ダイプレート１４、断熱プレート１３、ヒータプレート１１及びダイホルダー１２が一体に取り付けられている。また、前記赤外線ヒータ１５はベースプレート５０に支持されている。

つぎに、下金型２０側について説明する。この鍛造用金型装置の下金型側は、図１に示すように、下金型２０と、下金型２０を支持するダイプレート２４と、下金型２０の外周部を囲繞し、該下金型２０を保持するダイホルダー２２と、ダイホルダー２２に保持された下金型２０を加熱する金型加熱手段としての、下金型２０の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータ２１ａが組み込まれたヒータプレート２１と、ヒータプレート２１とダイプレート２４との間に配置された断熱プレート２３と、ダイホルダー２２を加熱（輻射加熱）するダイホルダー加熱手段としての赤外線ヒータ２５と、を備えている。鍛造に際して、加熱炉で予熱された下金型２０が前記ダイホルダー２２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー２２に固定されるという「入れ子構造」になっている。

６０は、前記プレス機の固定側部材（ボルスタ）に固定されたベースプレートである。予熱が施された下金型２０の装着に先立ち、このベースプレート６０には、タイロッド２６ａ、ナット２６ｂ、座金２６ｃ及び皿ばね２６ｄを用いて、ダイプレート２４、断熱プレート２３、ヒータプレート２１及びダイホルダー２２が一体に取り付けられている。また、前記赤外線ヒータ２５はベースプレート６０に支持されている。なお、図１では、鍛造製品を取り出すためのノックアウト機構などは図示省略している。

この実施形態では、前記の上下の金型１０，２０は、製品成形面を有して円盤状をなしており、その材質が、例えばＮｉ基耐熱合金からなるものである。また、前記ヒータプレート１１，２１は、円盤状をなしており、その材質が、例えばＮｉ基耐熱合金からなるものである。前記ダイホルダー１２，２２は、円環状をなし、その材質が、例えば熱間工具鋼からなるものである。前記断熱プレート１３，２３は、円盤状をなし、例えば耐火れんがからなるものである。また、前記ダイプレート１４，２４は、円盤状をなし、その材質が、例えば炭素鋼からなるものである。

前記のように構成される鍛造用金型装置において、上金型１０は、加熱炉で所定温度に予熱されてから図示しないプレス機まで導かれて、その製品成形面と反対側の面（金型裏面）がヒータプレート１１に当接するようにしてダイホルダー１２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー１２に固定される。なお、この上金型１０の装着に先立ち、ヒータプレート１１（シーズヒータ１１ａによって加熱）、及びダイホルダー１２（赤外線ヒータ１５によって加熱）は、所定の温度（例えば、上金型１０の最終目標温度よりも数百度程度低い温度）に加熱されている。

同様に、下金型２０は、加熱炉で所定温度に予熱されてから図示しないプレス機まで導かれて、その製品成形面と反対側の面（金型裏面）がヒータプレート２１に当接するようにしてダイホルダー２２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー２２に固定される。なお、この下金型２０の装着に先立ち、ヒータプレート２１（シーズヒータ２１ａによって加熱）、及びダイホルダー２２（赤外線ヒータ２５によって加熱）は、所定の温度（例えば、下金型２０の最終目標温度よりも数百度程度低い温度）に加熱されている。

そして、シーズヒータ１１ａ及び赤外線ヒータ１５の出力を調整することにより、上金型１０の温度（上金型１０の製品成形面温度）が最終目標温度に保持されるように温度調整するとともに、シーズヒータ２１ａ及び赤外線ヒータ２５の出力を調整することにより、下金型２０の温度（下金型２０の製品成形面温度）が最終目標温度に保持されるように温度調整を行う。金型１０，２０は、加熱により弾性変形範囲内で熱膨張し、ダイホルダー１２，２２とクリアランスがゼロの状態で接している。なお、赤外線ヒータ１５，２５を用いることで、ダイホルダー１２，２２を非接触にて精度良く温度調整することができる。

そして、難加工性金属材料であるチタン合金、Ｎｉ基合金などからなる鍛造用素材が、加熱炉で所定温度に加熱されてから、下金型２０の製品成形面に載置され、この鍛造用素材の高温鍛造が行なわれる。なお、断熱プレート１３により、ヒータプレート１１などの高温側からダイプレート１４及びベースプレート５０側への熱移動が防がれ、同様に、断熱プレート２３により、ヒータプレート２１などの高温側からダイプレート２４及びベースプレート６０側への熱移動が防がれる。

このように、本実施形態による鍛造用金型装置は、上下の金型１０，２０の各々について、金型１０，２０とは別にヒータプレート１１，１２を備えているので、ヒータ挿入穴を有する構造の金型を備える必要がないこと、及び、金型１０，２０の外周部を囲繞し、該金型１０，２０を保持するダイホルダー１２，２２を備え、鍛造時に金型１０，２０が受ける径方向の引張り応力（引張り力）を前記ダイホルダー１２，２２によって受け持つようにしていること、により金型１０，２０の小形化を図ることができる。これにより、高価な例えばＮｉ基耐熱合金からなる金型１０，２０の低価格化を図ることができる。

また、金型１０，２０の小形化によってヒータプレート１１，１２による金型１０，２０の昇温時間を短縮できること、及び、ダイホルダー１２，２２が金型１０，２０の外周部を囲繞する構造であるので、前記ダイホルダー１２，２２を共用することで、大きさ、厚み等の異なる複数種の鍛造製品に対して金型１０，２０を交換するだけで済むこと、により生産性の向上を図ることができる。

なお、前記の実施形態では、図１，図２に示すように、上下の金型１０，２０をその一例として同一の形状、大きさのものとして図示し、これに伴い、ダイホルダー１２，２２、赤外線ヒータ１５，２５、ヒータプレート１１，２１などについても、それぞれ、同一の形状、大きさのものとして図示したが、本発明は、これに限定されるものでなく、形状、大きさが互いに異なる上下の金型を備えたものについても、当然ながら、適用可能である。

また、前記の実施形態では、上金型１０について、該金型１０の外周部を囲繞し、該金型１０を保持するダイホルダー１２を備えるとともに、下金型２０について、該金型２０の外周部を囲繞し、該金型２０を保持するダイホルダー２２を備えた構成の鍛造用金型装置について説明したが、本発明による鍛造用金型装置は、上金型１０又は下金型２０について、該金型の外周部を囲繞し、該金型を保持するダイホルダーを備えるようにしてもよい。

１…金型 １０…上金型 ２０…下金型
１１，２１…ヒータプレート １１ａ，２１ａ…シーズヒータ
１２，２２…ダイホルダー
１３，２３…断熱プレート
１４，２４…ダイプレート
１５，２５…赤外線ヒータ
５０，６０…ベースプレート

Claims (1)

1. 鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、上金型と下金型とを備え、前記上下の少なくとも一方の金型について、金型の外周部を囲繞し、該金型を保持するダイホルダーと、
   前記金型を支持するダイプレートと、
   前記金型の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータが組み込まれたヒータプレートと、
   前記ヒータプレートと前記ダイプレートとの間に配置された断熱プレートと、
   前記ダイホルダーの径方向外側に設けられ、前記ダイホルダーを直接的に輻射加熱するダイホルダー加熱手段としての赤外線ヒータと、
   前記ダイプレート、前記断熱プレート、前記ヒータプレート及び前記ダイホルダーが一体に取り付けられるとともに、前記赤外線ヒータが支持されるベースプレートと、
   を備えたことを特徴とする鍛造用金型装置。

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